INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
La pandemia che affligge il pianeta sta avendo effetti importanti anche sulla ricerca scientifica ed in particolare in quei campi dove la dimensione degli esperimenti è tale da richiedere una collaborazione internazionale.
Il CERN, il Fermilab e tutti gli altri maggiori laboratori di fisica mondiali hanno chiuso per periodi più o meno lunghi o hanno rallentato in modo considerevole le proprie attività. I LNF, nel periodo del lockdown italiano, hanno ridotto al minimo la presenza di personale in sede, spegnendo gli acceleratori e mantenendo attivo solo ciò che era assolutamente essenziale, ma subito dopo Pasqua si è cominciato a organizzare la ripresa. Questo per permettere all’esperimento PADME, che aveva in programma di iniziare una presa dati nel periodo marzo-aprile, di riprendere la sua “caccia” alla materia oscura.
Che nell’universo esista in grande abbondanza una forma di materia “non luminosa” è risaputo da tempo, quale sia la sua natura invece e tutt’altro che chiaro. Questo in estrema sintesi è il motore che anima tanti diversi esperimenti di fisica fondamentale in tutto il mondo e tra questi PADME.
L’esperimento PADME ha effettuato la messa a punto del rivelatore l’anno scorso e nei piani del laboratorio doveva iniziare ad accumulare dati per attaccare il programma scientifico vero e proprio.
La tecnica sperimentale di PADME prevede di cercare una nuova particella “fotone oscuro” tra i prodotti delle annichilazioni dei positroni (le antiparticelle degli elettroni) prodotti dall’acceleratore lineare dei laboratori, con gli elettroni di un bersaglio di carbonio molto sottile. Alcune teorie prevedono che in alcuni rari casi, insieme ad un fotone ordinario, si produca un fotone oscuro. Questa particella rimane invisibile anche nei suoi possibili decadimenti e si manifesta nell’apparato attraverso un segnale di massa mancante.
L’apparato sperimentale PADME è in grado di misurare l’energia e la direzione del fotone (ordinario) con grande precisione e quindi di ricostruire precisamente la massa mancante. Nei casi in cui il fotone oscuro venisse prodotto, questa avrebbe il valore preciso della massa della nuova particella. I rivelatori principali di PADME sono quindi strumenti in grado di misurare, con eccellente risoluzione, l’energia dei fotoni (e degli elettroni).
L’esperimento ha iniziato a prendere dati sulla linea di fascio 1 della BTF (Beam-Test Facility) il 7 luglio, e salvo un breve stop ad agosto, continuerà fino ad ottobre. L’obiettivo finale di PADME è quello di raggiungere una sensibilità di 1/1000 nella determinazione della costante di accoppiamento tra fotone oscuro e fotone ordinario, accumulando 10.000 miliardi (1013) di collisioni di positroni sul bersaglio.